透過新開發的方法，成功從極微量的高山植物花朵樣本中確定多種酚類化合物的結構

獨立行政法人國立科學博物館（館長：篠田謙一）的合作大學院生平野日向（東京農工大學 大學院聯合農學研究科）、菊池貴（理學控股集團公司株式會社理學 產品本部 應用實驗室）、榊原風太（Asterism合同會社 研究開發支援事業部 技術顧問）、村井良德（植物研究部 研究主幹）等人，透過開發微量成分分析法，成功在高山植物中確定了10種以上酚類化合物配醣體的結構，這些植物體積小，且從許可和倫理角度來看，難以確保研究樣本。具體而言，他們成功地從僅2克的高山植物岩梅科岩梅花朵中分離出成分並使其結晶化，並適當地利用單晶X射線結構分析（SC-XRD）和電子繞射結構分析（MicroED）等分析方法，確定了各個所含成分的結構。這是在包括高山植物在內的野生植物中，從如此微量的樣本中確定多種成分結構的開創性研究案例。這項技術不僅可以應用於植物的化學成分研究，還可以應用於理學、農學、藥學等廣泛領域中未開發資源的探索研究。本研究成果已於2026年2月22日在化學領域的國際期刊《Journal of Molecular Structure》上線上發表。此外，利用相關技術的研究成果也已發表在生物化學領域的國際期刊《Biochemical Systematics and Ecology》以及農業產業領域的國內期刊《アグリバイオ》（Agribio）上。

【研究重點】 ・確立了微量成分的分離和結晶化方法。 ・透過適當利用結晶化後的成分、單晶X射線結構分析（SC-XRD）和電子繞射結構分析（MicroED）等分析方法，成功進行了結構分析。 ・成功對樣本量有限的高山植物酚類化合物進行了結構分析，並發現岩梅花中含有多種酚類化合物。 ・在方法開發過程中，相關研究還發現了與植物化學適應機制和系統發育等相關的成分。

1. 研究背景與成果 已知分佈在日本高山帶和亞高山帶等地區的高山植物，為了應對來自高山環境的紫外線和低溫等嚴峻環境壓力，會合成並積累稱為酚類化合物的化學成分，從而進行環境適應。此外，這些酚類化合物中的許多成分也被發現可能成為天然物資源，因此在高山植物中，由於其知識儲備相較於低地植物有限，尤其期待相關研究。另一方面，高山植物由於生長在嚴峻的環境中，植物體較小，且分佈僅限於高海拔地區，因此也屬於稀有物種。即使是學術研究，從法令許可和倫理角度來看，也需要將採集帶來的人為干擾降至最低，因此可用於上述成分結構分析的樣本量是有限的。本研究團隊此前一直在推進微量樣本成分分析方法的開發，本次則以高山植物岩梅的極少量花朵作為研究樣本，在經過現有分析方法如高速液相層析（HPLC）進行分離純化以及四極桿飛行時間質譜儀（QTOF-MS）進行分子量測定的步驟後，開發了一種優化各所含成分結晶化的方法，並進一步利用單晶X射線結構分析（SC-XRD）和電子繞射結構分析（MicroED）等分析方法，這些方法能夠從傳統1/100左右大小的晶體中確定結構，從而成功地從極微量樣本中對微量成分進行了結構分析。透過本研究，明確了生長在嚴峻高山環境中的岩梅花中含有多種酚類化合物，包括近年來作為帶來健康益處的功能性成分而備受關注的槲皮素配醣體等黃酮類化合物。 此外，在上述技術開發過程中，也成功從岩梅葉中分離出多種成分並進行了結構分析，發現了有助於紫外線防護和抗氧化的成分，並且在《Biochemical Systematics and Ecology》上發表了研究成果，其中還發現了這些成分的部分積累在日本列島本州中部到北海道之間存在地理差異。本次研究是對該研究的進一步改進。此外，農業產業領域的國內期刊《アグリバイオ》（Agribio）的文章中也總結介紹了本研究的重點等。

2. 註釋 高速液相層析（HPLC）： 一種利用液體中成分與移動相（溶劑）和固定相（層析管）之間相互作用的差異，進行高性能分離和檢測的裝置。圖2中的製備型HPLC系統是用於分離各成分的HPLC。 四極桿飛行時間質譜儀（QTOF-MS）： 一種結合了四極桿和飛行時間型兩種不同質譜技術的質譜儀，兼具高質量精度、高解析度和高靈敏度。圖2中的LC-QTOF-MS是將HPLC與QTOF-MS連接起來的裝置。 單晶X射線結構分析（SC-XRD）： 一種透過向樣品晶體照射X射線束，並從所得的繞射X射線圖案中直接確定樣品分子立體結構的方法。 電子繞射結構分析（MicroED）： 一種在SC-XRD中以電子束代替X射線的方法，能夠從更小的亞微米級晶體中確定樣品分子的結構。

3. 未來展望 本研究在分析方法的開發中，利用了在高山植物中分佈相對廣泛的岩梅，目前也正在利用此方法推進對日本特有種和瀕危物種等更稀有植物的分析。預計這將有助於揭示以往難以分析的植物微量成分，並應用於有用資源物質的探索等。此外，這項技術有望應用於理學、農學、藥學等廣泛領域，成為獲取基礎和應用研究基礎資訊的重要技術。

4. 發表論文 標題：Sustainable micro-scale identification of phenolic glycosides in alpine flower through single-crystal structure analysis 作者：Hyuga Hirano, Takashi Kikuchi, Futa Sakakibara, Yoshinori Murai 刊載期刊：《Journal of Molecular Structure》, 145740 （2026年2月22日線上公開，預計2026年7月刊載）

【相關論文】 標題：Phenolic compound diversity reflecting phylogeographic structure of Diapensia lapponica subsp. obovata (Diapensiaceae) populations in Japan 作者：Hyuga Hirano, Toshiyo Kato, Keiichi Noguchi, Hisahiro Kai, Takuro Ito, Takashi Kikuchi, Futa Sakakibara, Yoshinori Murai 刊載期刊：《Biochemical Systematics and Ecology》, 125: 105168 （2025年11月20日線上公開，預計2026年4月刊載）

【相關文章】 標題：高山植物における微量フェノール配糖体の構造解析 作者：平野日向，菊池貴，榊原風太，村井良徳 刊載期刊：《アグリバイオ》（Agribio）, 10(3): 53-56 （2026年3月號刊載） 本研究是JSPS科研費（JP23K05503）、特別研究員獎勵費（JP24KJ1011）以及國立科學博物館綜合研究「極限環境的科學」等研究的一部分。